[发明专利]一种基于化学反应器网络方法的燃烧室贫油点火极限预测方法

说明书

本发明公开了一种基于化学反应器网络方法的燃烧室贫油点火极限预测方法，包括以下步骤：对典型工况下的三维模型燃烧室进行流体力学数值模拟，获得燃烧流场特征；通过数值模拟结果对燃烧室的流场及燃烧场进行分析，采用有限个数反应器，构建化学反应器网络拓扑结构；选取部分燃烧效率试验数据作为训练工况，建立参数化燃烧性能化学反应器网络预测模型；选取部分贫油点火极限试验数据作为训练工况，得到点火器停留时间与点火器处速度插值表，建立参数化贫油点火极限化学反应器网络预测模型。本发明与计算流体力学方法相比，大大减少了计算量，能够快速的预测燃烧室贫油点火极限，能够解决点火极限相关领域的工程问题。

技术领域

本发明涉及一种基于化学反应器网络方法的燃烧室贫油点火极限预测方法，属于燃烧室燃烧性能预测领域。

背景技术

贫油点火极限对于研究航空发动机燃烧室点火、再点火特性以及优化航空发动机设计具有重要的指导意义。航空发动机中一般采用实验研究的方法来研究燃烧室的点火特性，该方法直观、可靠，可以直接观察到火焰的发展过程，但存在周期长、费用高、工序复杂等问题。另一种常用于研究燃烧室点火的方法是预测，主要分为两大类：一是多维经验分析法，在大量实验数据的基础上归纳得到经验关系式，该方法精度较高但缺乏通用性([1]Rizk N K,Mongia H C.A 3D analysis of gas turbine combustor[R].AIAA Paper 89-2888,1989；[2]Mongia H C.Combining Lefebvre’s correlations with combustor CFD[R].AIAA 2004-3544,2004)；二是采用数值模拟的方法预测点火极限，该方法能够精确统计燃烧室的矢量场及标量场分布，但是对网格划分要求较高且计算周期长。

化学反应器网络方法是物理模型和化学机理在理想条件下的简化结合。通过特征参数对计算域进行划分，得到化学反应器网络拓扑结构，采用不用的理想反应器模型进行模拟，建立化学反应器网络模型。化学反应器网络模型具有结构简单、计算效率高、可使用详细化学机理等特点。

发明内容

发明目的：为了预测低马赫数、亚大气压工况下燃烧室的贫油点火极限，本发明采用计算流体力学(CFD)的方法对三维模型燃烧室进行数值模拟，根据数值模拟结果对计算域进行划分，建立化学反应器网络拓扑结构，通过训练工况对化学反应器网络(CRN)模型中的典型参数进行优化，建立典型参数与工况参数之间的半经验关系式或插值表，提出了一种基于化学反应器网络方法的燃烧室贫油点火极限预测方法。

技术方案：

一种基于化学反应器网络方法的燃烧室贫油点火极限预测方法，包括如下步骤：

步骤一：对典型工况下的三维模型燃烧室进行流体力学数值模拟；典型工况参数包括进口马赫数、进气温度、进气压力、进口总油气比、值班油气比；

步骤二：根据步骤一数值模拟得到燃烧室的流场及燃烧场分布特征，对三维流场内的速度、温度及油气比分布特点进行分析，采用有限个数反应器，构建化学反应器网络拓扑结构；

步骤三：选取部分燃烧效率试验数据作为训练工况，得到分流系数插值表及回流区反应器停留时间与工况参数之间的半经验关系式，建立参数化燃烧性能化学反应器网络预测模型；

步骤四：基于电火花点火理论建立点火器模型，选取部分贫油点火极限试验数据作为训练工况，得到点火器停留时间与点火器处速度插值表，建立参数化贫油点火极限化学反应器网络预测模型。

进一步的，步骤一所述流体力学数值模拟采用Fluent软件，燃料为航空煤油C₁₂H₂₃。

进一步的，所述步骤一中，选取的典型工况参数为进口马赫数Ma＝0.206，进气温度700K，进气压力0.06MPa，进口总油气比0.0378，值班油气比0.092。